JPS62154411A

JPS62154411A - 透明導電膜

Info

Publication number: JPS62154411A
Application number: JP29230385A
Authority: JP
Inventors: 内嗣南; 秀仁南戸; 新三高田
Original assignee: Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Current assignee: Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Priority date: 1985-12-26
Filing date: 1985-12-26
Publication date: 1987-07-09
Also published as: JPH056766B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は透明導電膜に関する。

〔従来技術〕

一般に、透明な赤外線遮へい板や静電遮へい板や発熱体
やタッチスイッチあるいは液晶表示素子やエレクトロル
ミネッセンス表示素子等においては、透明導電膜が必要
不可欠であるが、この透明導電膜としては、従来、ＩＴ
Ｏ膜として知られている酸化インジウム−酸化スズ系透
明導電膜が汎用されている。

しかしながら、このＩＴＯ膜は、１０−４Ω・−オーダ
ーの低抵抗率と８０％以上の可視光透過率を有し、光学
特性及び電気特性並びに特性の安定性に浸れているが、
原材料のインジウムが希少金属であるため資源的な問題
から高価であシ、製造コストが高いという問題があった
。また、低抵抗率のＩＴＯ膜を製造するためには、２５
０〜６００℃程度の高温処理が必要であるため、プラス
チックフィルムなど耐熱性に劣る基体上に形成できず、
また、エネルヤー消費量が多く製品コストが高くなると
いう問題があった。

他方、安価な酸化亜鉛が透明導電膜用材料として注目さ
れてはいるが、１０　Ω・−オーダーの抵抗率しか得ら
れず、ＩＴＯ膜のような低抵抗率のものを製造するのが
困難で、しかも製造条件に極めて敏感で再現性良く製造
することが極めて困難であった。

また、更に、透明導電膜に所望される基本的性質として
、可視光を十分に透過することができ、しかも赤外線を
良好に反射させることが望まれる。

〔発明の解決すべき問題点〕

本発明は、従来の問題点を解決し、低抵抗率でしかも可
視光透過率及び赤外線反射率の高い透明導電膜を提供す
べくなされたものである。

本発明は、また、この様な優れた特性を製造条件に左右
されずに再現性良く発現することのできる透明導電膜を
提供すべくなされたものである。

〔問題点を解決するための手段〕

即ち、本発明によって提供される透明導電膜は、酸化亜
鉛を主成分とし、周期律表第■族の元素の少々くとも１
種を亜鉛面子との原子総数に対して０、１〜２０原子チ
含有することを特徴とするものである。

〔発明の詳細な説明及び実施例〕

本発明で使用する周期律表第■族の元素としては、ケイ
素、グルマニクム、チタン及びジルコニウムのうちの少
なくとも１ｍを用いるのが好ましく、所望により、炭素
、ヌズ、鉛、ハフニウム等信の第■族元素をも併用する
ことができる。ろるいは、また、本発明の目的を損わな
い範囲で、ホウ素、アルミニウム、ガリウム及びインジ
ウム等第■族元素以外の元素を所望により併用すること
もできる。周期律表第■族元素の含量は、原子数比で、
亜鉛と前記周期律表第■族元素の原子総数１００に対す
る個数（本願明細書において原子係と表わしている）で
Ｏ，１〜２０であることが必要である。０．１未満では
含有せしめる効果が不十分であシ、２０全超えると結晶
性が著しく悪化し抵抗率が増大するからである。周期律
表第■族元素の含量のよシ好ましくは、１〜１５原子チ
でおる。

本発明の透明導電膜の製造法としては、スパッタ法、イ
オングレーティング法、真空蒸着法、化学気相成長法、
スプレー法、陽極酸化法、その他任意の公知の膜形成技
術によっＣ！Ｍ造できる。また、透明導電膜中に■族元
素全含有させる方法としては、膜形成過程で原材料の亜
鉛もしくは酸化亜鉛に■族元素を含む合金、水素化物、
酸化物、へロｒン化物及び有機化合物等の形態で導入す
るのが好適であるが、透明導電膜を形成し念後、■族元
素を酸化亜鉛膜中に熱拡散したシイオン注入し７’ｌす
ることも可能である。

また、スパッタ法によフ製造する場合は、ターゲット材
料として本発明の透明導電膜の前記組成と同じ組成の焼
結体を用いることができる。ターゲット材料の製造は、
従来公知の方法によって行なうことができる。

酸化亜鉛は真性格子欠陥でおる酸素空孔や格子間亜鉛に
よるドナー準位により縮退し７ｊｎ形半導体が比較的容
易に得られ、約１０２０ｃｉ’オーダの伝導電子密度を
実現できるが、抵抗率１１０−３０・αオーダよシ低下
させることは困難である。しかしながら、■族元素を酸
化亜鉛薄膜中に導入すると、■族元素の原子がドナーと
して有効に拗くため、１０ＣｒＬオーダの伝導電子密度
を実現でき、真性格子欠陥によるドナー及び不純物原子
によるドナーが共存する結果として伝導電子密度を約１
桁大きくできるので、電子移動度が大幅に変化せず、従
って、抵抗率が１０−４Ω・儒オーダの透明導電膜を実
現できる。ｔた、これらの外因性ドナーは、酸化亜鉛の
真性格子欠陥による内因性ドナーと比較して、薄膜形成
過程で比較的安定に導入できるため、膜特性の再現性を
著しく向上させる。

以下１本発明の実施例について説明する。

実施例１純度９９．９９％の酸化ケイ素（ＳｉＯ□）、酸化ゲル
マニウム（Ｇｏｏ□）、酸化チタン（ＴｉＯ２）もしく
は酸化ジルコニウム（ＺｒＯｚ）の粉末を純度９９．９
９％の酸化亜鉛（ＺｎＯ）の粉末に添加し、これを幅６
ｃｍ長さ１０ｃｍの長方形状に加圧成型したのち焼結さ
せ、この焼結体をターゲットとして外部磁界印加形高周
波マグネトロンスパッタ装置のマグネトロンカソード上
に装着し、スパッタガスとして純アルゴンを用いて、下
記条件下でスパッタリングを行ない、ターゲット表面に
対し垂直に配設したガラス基体上に透明導電膜を形成し
た。なお、基体は、特に加熱もしくは冷却など温度制御
することなく、常温から温度の自然変化のままスパッタ
リングしたため、９０℃程度の温度上昇があった。また
、この時の成膜速度は３０〜５０　ｎｒＱ／ｍｉｎであ
った。

くスパッタ条件〉アルゴンガス圧　＝　　６．５Ｐａ高周波電力　　：　　　１２０Ｗプラズマ集束磁界　：５ＸＩＯＴ基　　体　　　　　　　：　　　　３　Ｑ　ｗｔｒ　Ｘ
　５　Ｑ　ｇガラス（タービット上３２箇）得られた透明導電膜の抵抗率及び可視光透過率（波長４
００〜８００ｎｍ）ｉ測定したところ、第１表に示す結
果が得られた。

第１表第１表の結果から明らかなように、いずれの場合も抵抗
率が１０−４Ω・α以下で可視光透過率８５％以上の透
明導電膜が得られる。

また、伝導電子密度が１０ノ　　オーダでケイ素全含有
する透明導電膜の可視光透過率と赤外線反射率全測定し
たところ、第１図に示す結果が得られた。他の■族元素
をドー・ぐントとして用いた透明導電膜でも、第１図と
同様な光学的特性が得られた。

これとは別に、ケイ素の添加量を種々に変えて酸化亜鉛
系透明導電膜を製造し、抵抗率とケイ素の含有量との関
係全測定した処、第２図に示す結果が得られた。他のド
ーパントの含有量を変えた場合にも同様な結果が得られ
た。

実施例２実施例１における高周波マグネトロンスパッタ装着と８
１　ｉドーパントとするターケ゛ットを用い、ポリゾロ
ピレンフィルム、と化ガリウム（ＧａＡｓ　）及びシリ
コンの単結晶全それぞれ基体として実施例】と同様に透
明導ｔ；ｉ膜を形成した。得られた透明導電膜の電気的
特性及び光学的特性は、いずれもガラス基体上に形成し
たものと同程度で、基体の変形、変質は認められなかっ
た。

実施例３電子ビーム加熱高真空蒸着装置音用い、１．３Ｘ１０　
Ｐａの真空度の下で純度９９．９９％の酸化亜鉛と、そ
れぞれ純度９９．９９チの酸化ケイ素、酸化ゲルマニウ
ム、酸化チタンまたは酸化ゾルコニウムｋ　別々の蒸着
セルに入れ、２源蒸着法によってガラス基体上に酸化亜
鉛系透明導電膜全形成した。基体は加熱ヒータによシ１
００〜３００℃に維持し、約５ｒｐｍの速度で回転させ
ながら蒸着した。得られた各透明導電膜の抵抗率及び可
視光透過率を第２表に示す。

第２表本発明は前記実施例のみに限定されるものではなく、種
々の方法によシ裂造できることは言うまでもない。例え
ば、前記実施例においては、ターゲット及び蒸着源とし
て酸化物を使用しているが、亜鉛と■族元素の合金をタ
ーゲットあるいは蒸着源として反応性スパッタリングあ
るいは反応性蒸着を実施しても良い。

また、実施例１においては、高周波電力を供給してスＡ
！ツタリングをしているが、これを直流に換えても良い
。

さらに、スパッタ法や蒸着法の代わシに、ジメチル亜鉛
やジエチル亜鉛にビー／４ントとしてシラン（Ｓ　１Ｈ
４）等の水素化物を混入させたガスの酸化反応による熱
化学気相成長法（ＣＶＤ法）あるいはプラズマＣＶＤ法
を採用して製造することもできる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、安価な酸化亜鉛を主原料として用いて
、ＩＴＯ膜と同等以上の電気的特性及び光学的特性を有
する導Ｎ、膜を比較的容易に得ることができる。

また、本発明の透明導電膜は、その主原料である亜鉛が
、ＩＴＯ膜の主原料であるインジウムに比べて極めて安
価であるため、たとえ高価なチタンやジルコニウム全ド
ーパントとして使用しても、その必要量はＩＴＯ膜の３
０分の１以下であシ、製造コストも著しく低減でき、ま
た亜鉛は資源的にも豊富であシ、公害を招くことも殆ど
無い。

さらに、本発明の透明導電膜は、高温で製造する必要が
ないため、グラスチックフィルムなど耐熱性に劣る基体
上にも形成できる他、表面が極めて平滑で、基体に対す
る付着力が強く、熱的にも、化学的にも、また機械的に
も安定であるので、透明スイッチ用電極、透明電極、熱
線遮へい膜、静１！遮へい膜、透明と一タな°どの他、
多層コーティングを必要とする用途にも適用できるなど
優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例で得られた透明導電膜の光学的
特性を示した曲線図、第２図はこの透明導電膜の抵抗率
とケイ素含量（Ｓ　ｉ／Ｚｎ　）との関係を示した曲線
図である。第１囚中、曲線】・・・可視光線透過率、曲線２・・・
赤外線反射率。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）酸化亜鉛を主成分とし、周期律表第IV族の元素の
少なくとも１種を亜鉛原子との原子総数に対して０．１
〜２０原子％含有することを特徴とする透明導電膜。
（２）周期律表第IV族の元素として、ケイ素、ゲルマニ
ウム、チタン及びジルコニウムのうち少なくとも１種を
含有する特許請求の範囲第（１）項記載の透明導電膜。